一种绝热材料模块化设计方法和系统与流程

本发明涉及计算机辅助设计，特别涉及一种绝热材料模块化设计方法和系统。

背景技术：

1、绝热材料的应用领域日益多样化，需求越来越强调材料的多功能性和定制化设计，以满足不同工业和科学领域的特殊需求，包括建筑、汽车、航空航天等，随着对能源效率和环境保护的要求不断提高，对绝热材料的需求也在增加。利用数字化设计和高通量制备技术，可以更快速地筛选和优化材料，以满足特定应用的性能要求，这也使得材料设计和制备过程更加高效和精确。随着可持续性的重要性日益凸显，绝热材料的研发也趋向于采用环保材料和制备工艺，以减少对环境的影响。现在通过引入先进的制备技术，如纳米材料制备、3d打印等，以提高绝热材料的性能和应用范围。

2、传统的绝热材料设计方法缺乏系统性，无法充分利用大量的材料数据和先进的计算工具。因此，需要开发一种能够整合材料数据库和自动化设计优化的方法。绝热材料的选择和组合设计需要考虑多个因素，如热导率、密度、成本等，需要定义量化参数和建立适当的筛选准则，以满足不同应用需求。绝热材料组合结构的优化需要考虑材料的排列方式和几何构型，以最大程度地减少热传导和优化性能，因此，需要开发高效的优化算法和设计工具。

3、现有在绝热材料设计中的技术方案具有如下缺陷：传统的绝热材料设计方法通常缺乏系统性和自动化，需要大量的人工试错和经验积累，效率较低；在大量的材料数据中选择合适的绝热材料并进行组合设计是一个复杂的任务，现有的方法往往无法充分利用数据库中的信息；对于绝热材料组合结构的几何构型优化，传统的方法往往依赖于经验规则或手动调整，缺乏高效的自动化优化工具。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种绝热材料模块化设计方法和系统，通过建立绝热材料样本数据库、量化应用需求、模块化组合设计和数字化工艺流程优化，实现了高通量制备和数据管理，提高了绝热材料的设计、制备和应用效率。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种绝热材料模块化设计方法，其中，包括：

3、收集不同类型的绝热材料样本数据，进行整理分类，建立绝热材料样本数据库；

4、定义应用需求，并将其转化为量化参数；

5、根据所述量化参数得到查询语句，使用所述查询语句在所述绝热材料样本数据库中筛选出符合应用需求的材料；

6、对筛选出的材料进行材料模块化组合设计，生成虚拟的绝热材料组合结构，并对生成的所述绝热材料组合结构的几何构型进行优化；

7、存储和管理生成的绝热材料组合结构及性质数据；

8、根据设计好的绝热材料组合结构，对基底复合材料进行连续处理，制备得到复合材料样品。

9、结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述收集不同类型的绝热材料样本数据，进行整理分类，建立绝热材料样本数据库包括：

10、收集不同类型的绝热材料样本数据，根据材料的类型、成分、结构特征，对收集到的绝热材料样本数据进行分类编目整理，对每种分类创建不同的表；

11、对每个表设计表结构存储绝热材料样本数据，表结构中包括材料名称、物理特性、热导率、导热系数、密度中的至少一种列。

12、结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述定义应用需求，并将其转化为量化参数包括：

13、确定所需绝热材料的应用领域，根据应用领域确定具体的需求，所述需求包括温度范围、热传导要求、机械强度、耐化学腐蚀性中的至少一种；

14、根据具体需求，确定关键指标及其范围，所述关键指标包括使用温度、热导率要求、密度限制中的至少一种；

15、将确定的关键指标及其范围转化为量化参数，用于后续在所述绝热材料样本数据库中进行筛选和匹配。

16、结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述根据所述量化参数得到查询语句，使用所述查询语句在所述绝热材料样本数据库中筛选出符合应用需求的材料包括：

17、创建sql查询语句的基本结构；

18、使用比较运算符组合查询条件；

19、将sql查询语句发送到所述绝热材料样本数据库中，获取包含符合查询条件的绝热材料样本数据。

20、结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述sql查询语句的基本结构包括：

21、from子句，用于指定要查询的表名；

22、select子句，用于指定在表中查询的列名；

23、where子句，用于指定查询条件，将多个查询条件通过比较运算符组合。

24、结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述对筛选出的材料进行材料模块化组合设计，生成虚拟的绝热材料组合结构，并对生成的所述绝热材料组合结构的几何构型进行优化包括：

25、对筛选出的材料，根据所需构建的排列方式、连接方式和几何形状，随机生成若干虚拟的绝热材料组合结构，形成初始组合结构种群；

26、定义适应度函数，用于衡量所述初始组合结构种群中的每个个体的性能；

27、根据适应度函数，选择个体；

28、对选中的个体进行交叉、变异、局部搜索和优化，生成新一代个体；

29、直至达到预定的进化代数，或者满足适应度函数的预定要求，停止生成新一代，得到所需的绝热材料组合结构的几何构型。

30、结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述根据设计好的绝热材料组合结构，对基底复合材料进行连续处理，制备得到复合材料样品包括：

31、选择基底复合材料，将所述基底复合材料送入生产线上；

32、在生产线上对所述基底复合材料依次进行入料、预成型、加热加压固化、后固化、冷却过程连续固化成型，制备得到复合材料样品。

33、结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，在生产线上对所述基底复合材料进行连续处理的过程中，改变预浸料的材料种类，调整、组合工艺参数，调整温度、压力制度，直至得到复合材料样品。

34、第二方面，本发明实施例还提供了一种绝热材料模块化设计系统，其中所述绝热材料模块化设计系统执行实现如前所述的方法；

35、所述绝热材料模块化设计系统包括：

36、数据采集模块，用于收集不同类型的绝热材料样本数据，进行整理分类，建立绝热材料样本数据库；

37、需求定义模块，用于定义应用需求，并将其转化为量化参数；

38、查询模块，用于根据所述量化参数得到查询语句，使用所述查询语句在所述绝热材料样本数据库中筛选出符合应用需求的材料；

39、设计模块，用于对筛选出的材料进行材料模块化组合设计，生成虚拟的绝热材料组合结构，并对生成的所述绝热材料组合结构的几何构型进行优化；

40、存储模块，用于存储和管理生成的绝热材料组合结构及性质数据；

41、制备模块，用于根据设计好的绝热材料组合结构，对基底复合材料进行连续处理，制备得到复合材料样品。

42、第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前所述的绝热材料模块化设计方法。

43、本发明实施例的有益效果是：

44、本发明建立了绝热材料样本数据库,系统收集分类存储不同类型绝热材料的性能参数,为后续设计提供了较丰富的材料选择，通过将绝热设计问题分解为基本模块,同时采用算法优化的方法对模块进行组合生成最佳解,设计效率更高。

45、本发明通过定义应用需求，并将其转化为量化参数，实现了对需求的明确定量化，有助于建立客观的选择标准，使得在绝热材料设计过程中更容易进行比较和筛选。

46、本发明通过将量化参数转化为查询语句，实现了对绝热材料样本数据库的高效检索，使得从大量数据中快速筛选出符合特定需求的材料成为可能，提高了设计效率。

47、本发明使用遗传算法对模块组合结构进行优化,可以在复杂的设计空间中找到相对全局优解,优化了绝热性能。目标函数的设计考虑了多种要素，采用遗交叉和变异算法进行设计空间的搜索，通过随机生成初代个体并选择优秀者繁殖,实现设计空间的有效遍历,找出相对优解。实现了对复杂设计空间的全局搜索和优化，具有更好的鲁棒性和适应性。

48、本发明通过对基底复合材料进行连续处理，实现了对绝热材料组合结构的快速制备，不仅提高了制备效率，还为大规模的高通量制备提供了可能性。